El sorprendente hallazgo de una mujer que reveló cuál es el elemento más abundante en el universo:
Cecilia Payne-Gaposchkin revolucionó la astronomía al descubrir que el hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Su tesis doctoral transformó nuestra comprensión de las estrellas y marcó un hito en la ciencia moderna.
Cecilia Helena Payne-Gaposchkin y fondo cósmico. Fuente: Mudjourney + ChatGPT
Publicado por Eugenio M. Fernández Aguilar
Físico, escritor y divulgador científico. Director de Muy Interesante Digital
26.01.2025
Cecilia Helena Payne (1900-1979) cambió la astronomía con su dedicación y tesón. Fue una de tres hijos que nacieron en Wendover, Buckinghamshire, Inglaterra, el 10 de mayo de 1900. Sus padres eran Emma Leonora Helena y Edward John Payne. Edward era un abogado, historiador y músico londinense que había sido miembro de Oxford, mientras que Emma provenía de una familia prusiana y tenía dos tíos destacados: el historiador Georg Heinrich Pertz y el escritor suecoborgiano James John Garth Wilkinson.
Lamentablemente, el padre de Cecilia falleció cuando ella tenía solo cuatro años, por lo que su madre tuvo que hacerse cargo de la crianza de la familia. A los doce años su madre decidió mudarse a Londres para asegurar una buena educación para su hermano y ella asistió a St Mary's College en Paddington. En 1919, consiguió una beca que cubría todos sus gastos en el Newnham College de la Universidad de Cambridge, donde inicialmente estudió botánica, física y química, pero después decidió dejar la botánica y enfocarse en las otras ciencias.
El descubrimiento de su pasión por la astronomía
Su fascinación por la astronomía se despertó tras asistir a una conferencia impartida por Arthur Eddington acerca de su expedición en 1919 a la isla de Príncipe. Esta tenía como objetivo observar y fotografiar las estrellas durante un eclipse solar, con el fin de poner a prueba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Cecilia Payne escribía lo siguiente acerca de la conferencia: "El resultado fue una transformación completa de mi concepción del mundo... Mi mundo quedó tan sacudido que experimenté algo similar a una crisis nerviosa".
A pesar de completar sus estudios, no recibió un título académico, ya que en esa época la Universidad de Cambridge no otorgaba títulos a las mujeres hasta 1948.
Cecilia Helena Payne-Gaposchkin. Fuente: WikipediaDe Inglaterra a Harvard
Ante la situación, Cecilia comprendió que su única opción era convertirse en profesora. Comenzó a buscar oportunidades en Estados Unidos. Fue entonces cuando conoció a Harlow Shapley, director del Observatorio del Colegio de Harvard, quien había establecido recientemente un programa de posgrado en astronomía. Gracias a una beca destinada a promover los estudios de mujeres en el observatorio, Cecilia abandonó Inglaterra en 1923. Adelaide Ames fue la primera beneficiaria de esta beca en 1922, y Cecilia fue la segunda.
Bajo la persuasión de Shapley, Payne decidió redactar una tesis doctoral y, en 1925, se convirtió en la primera persona en obtener un doctorado en astronomía en el Radcliffe College de la Universidad de Harvard. El título de su tesis fue "Atmósferas estelares: una contribución al estudio observacional de las altas temperaturas en las capas reversibles de las estrellas".
Payne logró establecer con precisión la relación entre las clases espectrales de las estrellas y sus temperaturas reales mediante la aplicación de la teoría de ionización desarrollada por el físico indio Meghnad Saha. Demostró que la gran variación en las líneas de absorción estelar se debía a diferentes niveles de ionización a distintas temperaturas, y no a distintas cantidades de elementos.
Portada de "Atmósferas estelares: una contribución al estudio observacional de las altas temperaturas en las capas reversibles de las estrellas". Fuente: Proyecto Gutenberg
Su impacto en la ciencia
Descubrió que el silicio, el carbono y otros metales comunes presentes en el espectro del Sol se encontraban en proporciones similares a las de la Tierra, en concordancia con la creencia aceptada en ese momento. Sin embargo, encontró que el helio y, especialmente, el hidrógeno eran mucho más abundantes. Su tesis concluyó que el hidrógeno era el componente principal de las estrellas, convirtiéndolo en el elemento más abundante en el Universo.
Cuando la tesis de Cecilia Payne fue revisada, el astrónomo Henry Norris Russell la disuadió de afirmar que el Sol estaba compuesto principalmente por hidrógeno, ya que esto contradecía el consenso científico de la época. Contradictoriamente, y a pesar de que Russell más tarde confirmó los resultados de Payne y reconoció su trabajo, se le atribuyeron principalmente a él las conclusiones a las que ella había llegado.
El asteroide (2039) Payne-Gaposchkin fue descubierto en 1974. Es una representación artística. Fuente: Midjourney / Eugenio Fdz.
Legado de Cecilia Payne
Murió el 7 de diciembre de 1979, a los 79 años, aunque poco antes publicó en forma privada su autobiografía, que sería reeditada posteriormente. Cecilia fue una escritora prolífica, publicó varios libros y diversos artículos y se convirtió en una astrónoma reputada.
Cerramos con una de sus citas más bellas: "Siempre que observamos la naturaleza, podemos ver formas espirales en el helecho que se desenrolla, en el caracol, en la concha del nautilo, en el huracán, en la taza de café removida, en el agua que se remolina al salir de un lavabo. Tal vez no deberíamos sorprendernos al ver espirales en los grandes sistemas estelares girando en el espacio. Sin embargo, siguen siendo una gran y fascinante pregunta".
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